Активные ядра галактик — классификация и типы¶

Активные ядра галактик (АЯГ) — это центральная область галактики, в которой происходят процессы, сопровождающиеся выделением огромного количества энергии, не связанной с излучением звёзд. Энергия генерируется в результате аккреции вещества на сверхмассивную чёрную дыру, расположенную в центре галактики. Активные ядра характеризуются высокой светимостью в различных диапазонах электромагнитного спектра — от радио до гамма-излучения, а также наличием мощных релятивистских джетов и широких эмиссионных линий в спектрах.

¶Физическая природа и общая модель

Современная теория объясняет разнообразие наблюдаемых типов АЯГ в рамках унифицированной модели. Согласно ей, все активные ядра имеют схожую структуру, включающую:

• Сверхмассивную чёрную дыру (массой от миллиона до десятков миллиардов масс Солнца);
• Аккреционный диск из перегретого газа и пыли, вращающийся вокруг чёрной дыры;
• Область широких эмиссионных линий (БЛО), состоящую из быстродвижущихся газовых облаков;
• Область узких эмиссионных линий (УЛО), расположенную дальше от центра;
• Пылевой тор — кольцеобразное облако пыли, окружающее центральные области;
• Релятивистские джеты — коллимированные потоки плазмы, выбрасываемые со скоростями, близкими к скорости света.

Различия в наблюдаемых свойствах АЯГ объясняются ориентацией объекта относительно луча зрения наблюдателя, а также темпом аккреции и наличием или отсутствием джетов.

¶Основные типы активных ядер

¶Сейфертовские галактики

Сейфертовские галактики — это спиральные галактики с ярким звёздным ядром и сильными эмиссионными линиями. Выделяют два подтипа:

• Сейферт I — в спектрах присутствуют как широкие, так и узкие линии. Широкие линии возникают в области БЛО, которая видна непосредственно;
• Сейферт II — наблюдаются только узкие линии. Область БЛО закрыта пылевым тором, и излучение от неё рассеивается или поглощается.

Сейфертовские галактики составляют значительную долю всех галактик с активными ядрами и являются наиболее распространённым типом АЯГ в ближайшей Вселенной.

¶Квазары

Квазары (квазизвёздные радиоисточники) — наиболее мощный и светящийся тип АЯГ. Их светимость может превышать светимость всей галактики в сотни раз. Квазары наблюдаются на больших космологических расстояниях и представляют собой молодые галактики на ранних стадиях эволюции. По радиоизлучению квазары делятся на:

• Радиогромкие — обладают мощными джетами и сильным радиоизлучением;
• Радиотихие — джеты слабо выражены или отсутствуют.

Спектры квазаров характеризуются сильным ультрафиолетовым излучением и широкими эмиссионными линиями, что сближает их с сейфертовскими галактиками типа I.

¶Блазары

Блазары — это подкласс АЯГ, у которых релятивистский джет направлен практически точно на наблюдателя. Из-за эффектов релятивистского усиления их излучение доминирует в гамма-диапазоне и характеризуется быстрой переменностью — от нескольких часов до нескольких дней. К блазарам относятся:

• Лацертиды (объекты BL Lac) — с почти безлинейными спектрами;
• Оптически бурные квазары (OVV-квазары) — с сильными эмиссионными линиями.

Блазары являются одними из самых мощных источников гамма-излучения во Вселенной.

¶Радиогалактики

Радиогалактики — эллиптические галактики с мощным радиоизлучением, обусловленным джетами и радиооблаками (лобесами) — протяжёнными областями синхротронного излучения, расположенными по обе стороны от ядра. Оптическое излучение ядра часто слабое, а в спектрах преобладают узкие эмиссионные линии. Радиогалактики делятся на два морфологических типа по структуре радиоизлучения: Fanaroff-Riley I (FR I, яркость падает от центра к краям) и Fanaroff-Riley II (FR II, яркость максимальна у краёв — в горячих пятнах).

¶Лайнеры (LINER)

Лайнеры (Low-Ionization Nuclear Emission-line Regions) — ядра галактик со слабыми эмиссионными линиями низкой ионизации. Их природа до конца не ясна: часть объектов может быть связана с аккрецией на чёрную дыру с низким темпом, часть — со вспышками звездообразования в центральных областях. Лайнеры составляют около трети всех галактик в ближайшей Вселенной.

¶Классификация по темпу аккреции

Помимо морфологической классификации, АЯГ разделяют по относительному темпу аккреции (отношению светимости к эддингтоновскому пределу):

• Сверхэддингтоновские аккреторы — темп аккреции близок к пределу Эддингтона или превышает его (квазары, узколинейные сейферт I);
• Субэддингтоновские аккреторы — низкий темп аккреции (радиогалактики FR I, лайнеры).

¶Эволюционное значение

Активные ядра галактик играют ключевую роль в эволюции галактик. Энергия, выделяемая при аккреции, нагревает и выталкивает межзвёздный газ, подавляя звездообразование. Этот процесс получил название обратной связи (feedback) и объясняет корреляцию между массой центральной чёрной дыры и свойствами балджа галактики. Считается, что большинство массивных галактик в прошлом проходили через стадию активности ядра, которая в настоящее время завершилась из-за истощения запасов газа.

¶Методы наблюдений

Исследование АЯГ ведётся во всех диапазонах электромагнитного спектра. Рентгеновские наблюдения позволяют изучать горячий газ аккреционного диска, радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (VLBI) — разрешать структуру джетов на масштабах менее парсека, оптическая спектроскопия — определять красные смещения и физические условия в эмиссионных областях. Космические телескопы («Хаббл», «Чандра», «Спитцер», «Джеймс Уэбб») предоставляют данные о морфологии и составе АЯГ на разных космологических расстояниях.

¶Источники

• Н. Г. Бочкарёв. «Основы физики межзвёздной среды». М.: Физматлит, 2010.
• В. М. Липунов. «Астрофизика нейтронных звёзд». М.: Наука, 1987.
• В. А. Догелев. «Активные ядра галактик и космические лучи». М.: Знание, 1986.
• Peterson B. M. «An Introduction to Active Galactic Nuclei». Cambridge University Press, 1997.
• Krolik J. H. «Active Galactic Nuclei: From the Central Black Hole to the Galactic Environment». Princeton University Press, 1999.